课程作业——自动机实现

在本课程作业中，我们将探讨如何使用C++编程语言实现基于正则表达式的英文单词检索系统，这涉及到自动机的概念以及简单的分类器设计。自动机是一种理论计算机模型，用于模拟有限状态的决策过程，而正则表达式是描述字符串模式的一种简洁方式。以下是关于这个项目的关键知识点： 1. **正则表达式**：正则表达式（Regular Expression，简称regex）是一种模式匹配工具，可以用来检查一个字符串是否符合某种预定义的模式。在本项目中，你需要理解基础的正则表达式语法，如字符类（如[a-z]表示小写字母）、量词（如*、+、?表示重复次数）、分组以及选择符（|）等。 2. **自动机理论**：自动机主要有几种类型，包括确定有限状态自动机（Deterministic Finite Automaton, DFA）、非确定有限状态自动机（Non-deterministic Finite Automaton, NFA）和正则表达式到NFA的转换。在这个项目中，你将学习如何将给定的正则表达式转化为NFA，因为NFA能更直观地与正则表达式对应。 3. **NFA构造**：从正则表达式构建NFA的过程通常涉及以下步骤： - 使用ε-NFA（ε代表空字符）来处理量词和空操作。 - 应用kleene星号操作（*）和或操作（|）来扩展基本的NFA结构。 - 将NFA的并集和连接操作转换为更复杂的结构。 4. **DFA转换**：虽然NFA可以接受与正则表达式相同的字符串集，但它的执行过程可能包含非确定性。为了实现更高效的搜索，你可能需要将NFA转换为DFA。这涉及到子集构造法，通过创建一个状态集合的DFA表来消除非确定性。 5. **状态转移函数**：自动机的核心是状态转移函数，它定义了在输入字符后自动机如何从一个状态转移到另一个状态。在C++中，你可以使用邻接矩阵或链表来表示这种关系。 6. **文本扫描**：一旦有了DFA，就可以遍历输入文本，对每个字符应用状态转移函数，以检测是否符合自动机的路径。如果找到一条匹配的路径，就输出相应的单词。 7. **C++实现**：在C++中，你将需要设计类来表示自动机的状态和转移，以及用于处理正则表达式和文本的函数。你还需要考虑内存管理、错误处理和性能优化。 8. **简单分类器**：标签中的“简单分类器”可能是指将单词根据其是否匹配正则表达式进行分类。这可以通过维护一个布尔值或使用哈希映射来实现，其中键是单词，值表示是否匹配。 在实际编程时，确保代码清晰、可读且易于维护。良好的注释和文档也是必不可少的，它们可以帮助你和他人理解代码的工作原理。此外，测试是非常重要的，包括单元测试和集成测试，以验证你的自动机实现的正确性。记得优化代码以提高效率，特别是在处理大型文本输入时。